Синтез ДНК через повреждение

1.

СИНТЕЗ ДНК ЧЕРЕЗ ПОВРЕЖДЕНИЕ
TLS - translesion synthesis

ДНК-ПОЛИМЕРАЗЫ
1957 г., Артур Корнберг, ДНК-полимераза I
1975 г., классификация
1990 г., новая номенклатура
2013 г., 19 ферментов (ДНК-зависимые ДНК-полимеразы)
Структурная специфичность: A, B, C, D, X, Y, RT
А, B: высокоточные репликативные и репаративные ДНК-полимеразы
Х: низкоточные репаративные ДНК-полимеразы
Y: низкоточные при копировании неповрежденной матрицы репаративные
ДНК-полимеразы

3.

4.

3D-СТРУКТУРА ДНК-ПОЛИМЕРАЗЫ
ДНК-полимераза Taq
Thermus aquaticus
(PDB-код 1TAQ)
ДНК-полимераза HIV-1 RT
ВИЧ
(PDB-код 2HMI)
А-семейство
RT-семейство
ДНК-полимераза Dpo4
Sulfolobus solfataricus
(PDB-код 1JX4)
Y-семейство
ДНК-полимераза фага RB69
(PDB-код 3QEP)
B-семейство
ДНК-полимераза b человека
(PDB-код 3QEP)
X-семейство

5.

"окисленные" основания
объемные аддукты
O
HN
'5
O
O
O
[BP]-dA
OH
N
OH
'5 O
O
O
O
3'
thymine glycol
3'
AP-site
(6-4)TT
t-s TT (CPD)
алкилированные основания
TT
c-s TT (CPD)
Dewar TT

6.

2D-СТРУКТУРА ДНК-ПОЛИМЕРАЗЫ
"большой
палец"
"ладонь"
"пальцы"
"маленький
палец"

7.

Общая схема прохождения повреждения
репликативным комплексом
DNA
polymerase
TLS patch
DNA
processivity
factor
lesion
SSB
прокариоты (E.coli)
?
эукариоты (mammalian)
b-clamp
PCNA
SSB/RecA
RPA
Pol III (C-семейство)
Pol d/e (В-семейство)

8.

ПРОКАРИОТЫ
ДНКполимераза
альтерн.
название
семейство
DinA
доп.
активности
основные функции
А-семейство
3'-5' exo
5'-3' exo
созревание фрагментов Оказаки;
NER
Pol II
B-семейство
3'-5' exo
индукция реактивации реплисомы;
NER, BER; TLS
Pol III
С-семейство
3'-5' exo
репликация;
NER
Pol I
Pol IV
Pol V
DinB
Y-семейство
UmuD'2 Y-семейство
UmuC
TLS (N2-dG-аддукты,
алкилированные dN);
адаптивный мутагенез
TLS, SOS-репарация

9.

b-clamp
всегда через ресинтез
SSB
Pol III
b-clamp
RecA
95%
Pol II
1% (stress)
гомологичная
рекомбинация
Pol IV
b-clamp
b-clamp
SSB
Pol V - UmuD’2C
Pol II
Pol IV
Pol V
dNTP pool concentration
Fuchs R. DNA Repair 2016. 44. 51
5%
80% (stress)
Livneh Z. J. Biol. Chem. 2008. 283. 8274

10.

ЭУКАРИОТЫ
ДНК-зависимые ДНК-полимеразы
19 ферментов :
репликативные
ДНК-полимеразы
(a, d, e - B-семейство)
митохондриальная
ДНК-полимераза
(g – А-семейство)
15 ДНК-полимераз
(репликация и репарация)
A, B, X, Y -семейства

11.

Семей
ство
Поли
мераза
Мол.
масса,
(кДа)
Ген человека
(аллель)
Ген дрожжей
(аллель)
A
γ (гамма)
140
POLG
MIP1
A
θ (тета)
286
POLQ
-
A
(ню)
100
POLN
B
α (альфа)
180
POLA1
POL1 (CDC17)
B
δ (дельта)
125
POLD1
POL3 (CDC2)
B
ε (эпсилон)
255
POLE
POL2
B
ζ (зета)
353
POLZ3L(REV3)/
REV7
REV3/REV7
B
(фи)
130
-
POLF (POL5)
X
β (бета)
39
POLB
-
X
λ (лямбда)
66
POLL
POL4 (POLX)
X
µ (мю)
55
POLM
-
X
TdT
X
σ1 (сигма)
60
X
σ2 (сигма)
60
Y
η (ета)
78
Y
ι (йота)
Y
Y
POLXc
(DNTT)
POLS1
(TRF4-1)
POLS2
(TRF4-2)
POLH
(RAD30, XPV)
RAD30
(DBH, POLV)
80
POLI (RAD30B)
-
κ (каппа)
76
POLK (DINB1)
POLIV (Dpo4)
REV1
138
REV1L
REV1
58.5
Доп.
активности
3'→5'-экзо,
dRP-лиазная
геликазная
dRP-лиазная
TdT
3'→5'экзонуклеазная
3'→5'экзонуклеазная
3'→5'экзонуклеазная
Участие в клеточных процессах
репликация мтДНК, репарация мтДНК
репарация сшивок дцДНК?, BER, соматические
гипермутации, TLS, репликация?
спонтанный мутагенез?, репарация?
репликация хромосом, контроль S-фазы кл. цикла,
репарация DSB
репликация хромосом, NER, BER, MMR,
репарация DSB, рекомбинация
репликация хромосом, репарация DSB, BER,
рекомбинация, контроль S-фазы клеточного цикла
участие в клеточной пролиферации, TLS,
репарация DSB, соматические гипермутации,
репарация ISC?
и BER, репарация одноцепочечных разрывов,
участие в мейозе, TLS?
репарация DSB, BER?, NHEJ, участие в мейозе,
dRP-лиазная
TLS?
репарация
DSB,
NHEJ,
соматические
TdT
гипермутации
dRPАП-лиазная
рекомбинация соматические гипермутации
репликация через когезиновый комплекс
TRF4
репликация через кохециновый комплекс
TRF5 (PAP2)
dRP-лиазная
TdT (для dC)
TLS, репарация ISC?, соматические гипермутации,
репарация DSB, контроль S-фазы клеточного цикла
участие
в
мейозе,
TLS,
соматические
гипермутации
TLS, соматические гипермутации
участие в TLS (в комплексе с pol ζ), регуляция
TLS?, соматические гипермутации

12.

ДНКСемей
полимераза ство
каталитическая
субъединица
мол. вес
ген человека
(кДа)
Доп.
активность
предполагаемая функция
тип ДНК-повреждения
(при TLS)
TdT
(для dC)
TLS, регуляция TLS
АП-сайт, некоторые аддукты малой
бороздки (dC совместно с pol ζ),
квадруплексы
REV1
Y
138
REV1
η (эта)
Y
78
POLH (RAD30,
RAD30A, XPV)
TLS, ISCR, соматические
гипермутации, DSBR
некомпл. пары оснований,
cis-syn ТТ-димеры
κ (каппа)
Y
76
POLK (DINB1)
TLS, NER, соматические
гипермутации
некомпл. пары оснований,
полициклические аддукты N2-dG,
3'-абберантные концы
ι (йота)
Y
80
POLI (RAD30B)
TLS, мейоз, соматические
гипермутации
(6-4)-ТТ-фотопродукты
dRP-лиазная
некомпл. пары оснований,
TLS, DSBR, ISCR?,
3'-абберантные концы, CPD,
соматические гипермутации,
АП-сайты (совместно с REV1), дефекты
кл. пролиферация
репликации
вовлечена в контроль
созревания рРНК, не
вовлечена в репликацию
ζ (зета)
B
353
(фи)
B
115
λ
(лямбда)
X
66
POLL
dRP-лиазная
TdT
DSBR, BER?, NHEJ, TLS,
мейоз
АП-сайты, окисленные основания
µ (мю)
X
55
POLM
TdT
DSBR, соматические
гипермутации, NHEJ, TLS
АП-сайты?, повреждения, вызванные
УФ-светом,g-лучами, H2O2
β (бета)
Х
39
POLB
dRP-лиазная
АП-сайты
TdT
X
58.5
POLXc
s (сигма)
X
60
POLS1/S2 (TRF4)
θ (тета)
A
198
POLQ
геликазная
BER, SSBR, TLS,
нейрогенез, мейоз
рекомбинация,
соматические гипермутации
репликация через кохец.
комплекс
ISCR?,
TLS
(ню)
А
100
POLN
TdT
POLZ (REV3)
TLS?, “LP” BER, спонтанный
мутагенез
(6-4)-ТТ-фотопродукты
некомпл. пары оснований?,
окисленные основания

13.

репликативная
ДНК-полимераза
повреждение
специфические
ДНК-полимеразы
RPA
выбор
RPA
PCNA
REV1
TLS на лидирующей цепи
TLS на отстающей цепи –
возникновение "gap"-структур
(REV1- зависимый
синтез специфической
ДНК-полимеразой)
(PCNA-зависимый
синтез специфической
ДНК-полимеразой)

14.

TLS на отстающей цепи
TLS на лидирующей цепи
Pol d/e
PCNA
RPA
pol 1
pol 2
pol 1
REV1
pol 2

15.

2D-СТРУКТУРА ДНК-ПОЛИМЕРАЗЫ
"большой
палец"
"ладонь"
"пальцы"
"маленький
палец"

16.

пострепликативный TLS

17.

18.

Методы изучения TLS
генетический подход обработка ДНК-пол дефицитных
клеток ДНК-повреждающими
агентами
биохимический подход использование поврежденных
синтетических ДНК и
рекомбинантных белков
1999 Zvi Livneh
совмещение двух подходов:
E.coli (in vitro, in vivo)
H1299 (аденокарцинома легких)
Saos-2 (остеосаркома)
PC3 (карценома простаты)
Hep3B (гепатома)
XP-V - XP30RO, XP6DU (HEF)
MEF
лимфома Беркита
human U2OS cells (остеосаркома)

19.

antibio:
gap:
lesion – kan
control – cm
intact – amp
10
20
30
350 (T7gp6exo)
pSKSL
~3 kb

20.

cm
kan

21.

cm
kan

22.

cm
kan

23.

Proc Natl Acad Sci U S A. 2009 Jul 14;106(28):11552-7.
DNA polymerase zeta cooperates with polymerases kappa and iota in translesion DNA synthesis across
pyrimidine photodimers in cells from XPV patients.
Ziv O, Geacintov N, Nakajima S, Yasui A, Livneh Z.

24.

English Русский Rules